超低壓差LED驅(qū)動(dòng)讓LED顯示屏節(jié)能32.8[%]的實(shí)現(xiàn)

LED顯示屏(LED display)：又叫電子顯示屏或者飄字屏幕。是由LED點(diǎn)陣組成，通過(guò)紅色或綠色燈珠的亮滅來(lái)顯示文字、圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻，內(nèi)容可以隨時(shí)更換，各部分組件都是模塊化結(jié)構(gòu)的顯示器件。通常由顯示模塊、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。顯示模塊由LED燈組成的點(diǎn)陣構(gòu)成，負(fù)責(zé)發(fā)光顯示;控制系統(tǒng)通過(guò)控制相應(yīng)區(qū)域的亮滅，可以讓屏幕顯示文字、圖片、視頻等內(nèi)容，恒舞動(dòng)卡主要是播放動(dòng)畫(huà)的;電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)將輸入電壓電流轉(zhuǎn)為顯示屏需要的電壓電流。LED顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像;不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 LED之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點(diǎn)分不開(kāi)的。這些優(yōu)點(diǎn)概括起來(lái)是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定。LED的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展。

LED目前遇到最大的問(wèn)題是散熱，LED顯示屏也是一樣。LED顯示屏的功耗很大，相當(dāng)一部分能源浪費(fèi)在發(fā)熱上。發(fā)熱會(huì)帶來(lái)以下幾個(gè)問(wèn)題：

1. 波長(zhǎng)漂移：波長(zhǎng)漂移會(huì)讓顏色校正出現(xiàn)問(wèn)題，LED在低溫和高溫時(shí)，波長(zhǎng)漂移是比較大。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，溫度每變化一度，波長(zhǎng)變化0.2-0.3nm.

2. 輸出亮度降低：每攝氏度溫度變化導(dǎo)致1%輸出亮度的變化，其中紅燈受影響最顯著。

上圖是試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從紅燈的曲線可以看出，從-40度180%的亮度，到120度的亮度不到50%,也就是說(shuō)，紅燈的亮度降低近三分之二。相對(duì)而言，藍(lán)燈和綠燈亮度都溫度影響沒(méi)那么強(qiáng)，特別是藍(lán)燈。當(dāng)溫度升高時(shí)就出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，不同顏色的LED發(fā)出的亮度是不一樣的，

3. 溫升導(dǎo)致LED壽命縮短：根據(jù)美國(guó)一家試驗(yàn)室數(shù)據(jù)，結(jié)溫從63C升高到74C, LED壽命從36,000小時(shí)降低到16,000小時(shí)。

4. 過(guò)多散熱部件導(dǎo)致系統(tǒng)成本升高。

5. 浪費(fèi)能量，提高了使用者成本。

由于LED是特性敏感的半導(dǎo)體器件，又具有負(fù)溫度特性，因而在應(yīng)用過(guò)程中需要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定工作狀態(tài)和保護(hù)，從而產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)的概念。LED器件對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的要求近乎于苛刻，LED不像普通的白熾燈泡，可以直接連接220V的交流市電。LED是2~3伏的低電壓驅(qū)動(dòng)，必須要設(shè)計(jì)復(fù)雜的變換電路，不同用途的LED燈，要配備不同的電源適配器。國(guó)際市場(chǎng)上國(guó)外客戶(hù)對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的效率轉(zhuǎn)換、有效功率、恒流精度、電源壽命、電磁兼容的要求都非常高，設(shè)計(jì)一款好的電源必須要綜合考慮這些因數(shù)，因?yàn)殡娫丛谡麄€(gè)燈具中的作用就好比像人的心臟一樣重要。用LED作為顯示器或其他照明設(shè)備或背光源時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)，主要原因是：1. 避免驅(qū)動(dòng)電流超出最大額定值，影響其可靠性。2. 獲得預(yù)期的亮度要求，并保證各個(gè)LED亮度、色度的一致性。 L

那么熱量從哪里來(lái)的呢?從電源供電到LED燈，到LED驅(qū)動(dòng)，再到可調(diào)電阻，發(fā)熱部分包括LED燈、LED驅(qū)動(dòng)、LED連接線。我們以5V供電為例：

電源電壓：5V,

LED:LED G/B Vfwd=3.2V,LED R Vfwd=2V

1. LED發(fā)光效率約20%,LED發(fā)熱占總發(fā)熱50%

2. 控制器及連接線等占總發(fā)熱量約5%

3. 驅(qū)動(dòng)壓降：1.8V(G/B) or 3V(R)壓降，驅(qū)動(dòng)部分發(fā)熱占總發(fā)熱的45%以上。

LED燈的發(fā)熱需要提高LED的發(fā)光效率，控制器和連接線的發(fā)熱較少，改善空間不大。驅(qū)動(dòng)部分發(fā)熱改善空間很大，也是我們期待改善的部分?，F(xiàn)在有的企業(yè)在研究低電壓供電，目的就是希望把電壓降下來(lái)，但是低電壓供電的問(wèn)題在哪里呢?就是在低電壓供電下，LED驅(qū)動(dòng)IC能否穩(wěn)定的可控的工作。針對(duì)上面描述的這些問(wèn)題，我們得倍電子推出了一款專(zhuān)用于大屏幕LED低壓差、高精度16位恒流驅(qū)動(dòng)芯片D5026A.D5026A最大的特點(diǎn)就是壓差非常低。

下圖是臺(tái)灣一家公司的5026驅(qū)動(dòng)芯片與得倍電子D5026A的對(duì)比。在輸出驅(qū)動(dòng)電流典型值 IOUT=20mA 的狀況下，臺(tái)灣公司的5026驅(qū)動(dòng)芯片VOUT約為500mV,而D5026A的VOUT約為50 mV,為臺(tái)灣公司5026芯片的10%.也就是說(shuō)，在芯片發(fā)熱部分，得倍D5026A的發(fā)熱只有臺(tái)灣公司5026驅(qū)動(dòng)芯片的10%.

得倍電子D5026A在3.3V或5V電壓下電流輸出可控范圍是2-90 mA,而臺(tái)灣公司5026輸出電流在3.3V下可控的范圍是2-45 mA,5V電壓下可控的范圍是5-90 mA.對(duì)于20 mA下的壓降來(lái)看，D5026A是50 mV,對(duì)比公司是500 mV.

D5026A采用專(zhuān)利技術(shù)(專(zhuān)利號(hào)：201020624548.0)設(shè)計(jì)的超低壓差恒流輸出使得供電電壓低至幾十毫伏(20mA)。由此可使得系統(tǒng)供電電壓降至LED二極管的最小導(dǎo)通電壓，最大限度降低LED顯示屏能耗。

D5026A有下面一些特點(diǎn)：

1. D5026A采用專(zhuān)利技術(shù)設(shè)計(jì)的超低壓差恒流輸出使得供電電壓可以很低，從而可節(jié)電達(dá)30%以上，驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)熱減少90%以上。

2. D5026A 采用內(nèi)置邏輯修調(diào)技術(shù)，可使得芯片輸出電流絕對(duì)值高度一致，從而發(fā)貨時(shí)不必分類(lèi)，保障各批次間芯片永遠(yuǎn)可以直接互換。所有批次間電流基準(zhǔn)值偏差小于0.5%.

3. 零溫度補(bǔ)償系數(shù)設(shè)計(jì)使得芯片在-40度到+85度間輸出電流變化極小。

4. 所有端口采用施密特輸入設(shè)計(jì)使得芯片抗干擾能力大大加強(qiáng)。

D5026A獨(dú)特的超低壓降特性，可以采用低電壓的驅(qū)動(dòng)方案，下圖所示，即驅(qū)動(dòng)綠、藍(lán)LED時(shí)電源電壓+3.8V,驅(qū)動(dòng)紅色LED時(shí)電源電壓+2.5V.如果LED一致性好的話(huà)，藍(lán)燈和綠燈的電壓可以低到3.4V,更加節(jié)能，紅燈部分可以提供更低的電壓，比如2.5V.

那么對(duì)于LED顯示屏制作商來(lái)講，使用得倍電子D5026A方案使得系統(tǒng)發(fā)熱量減小30%以上，可以簡(jiǎn)化LED顯示屏的散熱設(shè)計(jì)，并且可以實(shí)現(xiàn)燈驅(qū)合一，即驅(qū)動(dòng)電路和LED板一體化。對(duì)于LED顯示屏使用者來(lái)講，因?yàn)楣?jié)電30%,功耗的降低也會(huì)降低使用成本。同時(shí)，因?yàn)榘l(fā)熱減少，可以延長(zhǎng)使用周期。

以3m′4m P10顯示屏為例，普通16路5V工作電壓，普通LED驅(qū)動(dòng)最大功耗為5.88KW.D5026A用3.8V驅(qū)動(dòng)G、B,2.5V驅(qū)動(dòng)R,D5026A最大功耗為3.95KW,直接減少功耗1.93KW,使用D5026A后不僅立刻節(jié)電32.8%,而且大大降低了系統(tǒng)的發(fā)熱，降低散熱成本，節(jié)約使用成本，從而提高了系統(tǒng)可靠性和使用壽命。

那么有朋友可能有疑問(wèn)，使用了D5026A還能夠使用其他廠商芯片嗎?D5026A和現(xiàn)有同類(lèi)型產(chǎn)品是完全兼容的。下面是D5026A的特點(diǎn)：

單路驅(qū)動(dòng)電流范圍：2~90mA

超低壓差：30mV ( IOUT=10 mA )

高恒流精度：最大偏差，非典型值，不分類(lèi)

between channel <±2%

between IC <±3%

所有批次電流基準(zhǔn)值偏差<0.5%

溫度系數(shù)：小于50PPM (-40℃~+85℃)

高達(dá)25MHz時(shí)鐘頻率

工作電壓范圍：3.3V-5.5V

抗靜電能力：大于4KV

工作溫度范圍：-40℃~+85℃

超低壓差設(shè)計(jì)的D5026A 16位恒流LED驅(qū)動(dòng)芯片為大家設(shè)計(jì)LED顯示屏時(shí)提供了一個(gè)超節(jié)能的方案，我們剛才用數(shù)據(jù)分析了節(jié)能的效果。